全 文 ：园　艺　学　报　2008, 35 (10):1505-1510
ActaHorticulturaeSinica
收稿日期:2008-05-30;修回日期:2008-08-25
基金项目:中国科学院创新工程重要方向性项目 (KSCX2-YW-N-52);国家科技部支撑计划项目 (2006BAD26B0101);国家科技
部平台项目 (2005DKA21006)
＊通讯作者 Authorforcorrespondence(E-mail:tangyudan@ibcas.ac.cn)
致谢:感谢宋松泉和龙雅宜研究员在试验设计和论文修改过程中给予的悉心指导;感谢杨善英和张金政老师在试验过程中提供的
大力支持。
猬实种子休眠特性研究
何　志 1, 2 , 唐宇丹 1＊ , 石　雷1 , 姚　涓1
(1中国科学院植物研究所 , 北京 100093;2中国科学院研究生院 , 北京 100039)
摘　要:以国家三级保护植物猬实果实为试验材料 , 应用扫描电镜和石蜡切片进行形态解剖观察 , 通
过吸胀和果皮胚乳抑制物测试等方法探讨了休眠原因 , 并采用硫酸 、 赤霉素处理及低温层积处理进行了打
破休眠的试验。结果表明:(1)猬实具有坚硬厚实的果皮 , 机械束缚是休眠的主要原因;(2)胚乳中含有
萌发抑制物质 , 沙藏或赤霉素处理可有效解除其生理休眠;(3)打破猬实休眠的最佳方法为:浓硫酸处理
15 min, 并用 400 mg· L-1赤霉素处理 , 或仅用 4 ℃沙藏 30 d。
关键词:猬实;果实;种子;休眠;硫酸;赤霉素;低温层积
中图分类号:S686　　文献标识码:A　　文章编号:0513-353X(2008)10-1505-06
SeedDormancyCharacteristicsofKolkwitziaamabilisGraebn
HEZhi1, 2 , TANGYu-dan1＊ , SHILei1 , andYAOJuan1
(1InstituteofBotany, TheChineseAcademyofSciences, Beijing100093, China;2GraduateUniversityofTheChineseAcademyof
Sciences, Beijing100039, China)
Abstract:KolkwitziaamabilisGraebn, anendangeredplantendemictoChina, islistedinChinaRare
andEndangeredPlantList.Westudiedmorphologycharactersofseedsbyscanningelectronmicroscopeand
parafinslice, measuredseedsabsorbingwater, detectedbioticofmethanolextractofpericarpandendosperm,
analysiedtheefectofsulphuricacid, GA3 andcoldstratificationtreatmentonbreakingseeddormancy.The
resultshowed:(1)ThehardpericarpisthemainreasonforKolkwitziaamabilismechanicaldormancy.(2)
Germinationinhibitorexistinendospermmaythecauseofphysiologydormancy, stratificationorGA3 treatment
canbreaktheseeddormancyefectively.(3)Thebestwaytobreakseeddormancyisthattreatingtheseed
withsulphuricacidforfifteenminutes, thensoakingin400 mg· L-1 GA3 solution;orjuststratificatingin
4 ℃ about30 days.
Keywords:Kolkwitziaamabilis;fruit;seed;dormancy;sulphuricacid;GA3;coldstratification
猬实 (KolkwitziaamabilisGraebn)为忍冬科猬实属落叶灌木 (徐炳声 等 , 1988), 是我国特有
的单种属植物 , 为国家三级保护濒危树种 (国家环境保护局 , 1987)。猬实春季开花 , 花序繁密 , 色
泽娇艳 , 夏末秋初累累果实形似刺猬 , 具有很高的观赏价值 。研究表明 , 猬实果实饱满度较低 , 具有
硬实现象 , 萌发困难 , 常采用沙藏或嫩枝扦插方法繁殖 (中国科学院植物研究所 , 1989);猬实自然
分布区内未见实生苗 , 主要依靠根蘖繁殖 (李智选 等 , 2004);因此植株间变异小 , 后代与亲本具
有极高相似性 , 竞争力下降 , 种子结实率低 , 濒危状况加剧 (石晓东 等 , 2005)。研究猬实种子休眠
特性 , 探索种子萌发关键技术 , 对中国特有野生木本观赏植物资源的保护和可持续利用具有重要意义 。
DOI :10.16420/j.issn.0513-353x.2008.10.018
园　　艺　　学　　报 35卷
1　材料与方法
1.1　猬实果实形态特征观测
2006年 8月中旬于中国科学院植物研究所植物园内采收猬实成熟果实 , 磨去表面刚毛 , 干燥保
存在 4 ℃冰箱中备用。用万分之一的电子天平测定果实千粒质量;用扫描电镜 (Sirion200, FEI公
司)观察果实表面和横切面结构 , 石蜡切片观察胚发育 。
1.2　猬实果实生理特征观测
果皮透水性测定:取去除表面刚刺毛的完整果实和用 98%浓硫酸处理 15min的酸蚀果实各 50粒
称其质量 , 在 25 ℃条件下蒸馏水浸泡;每 12h取出果实 , 滤纸吸干表面水分后用万分之一的电子天
平称其质量 , 至恒重 , 计算吸水率。果实吸水率 (%) =(浸种后质量 -浸种前质量)/浸种前质量 ×
100。
萌发抑制物质测定:参考王小平和王九龄 (1998)的提取方法 。准确称取猬实果皮 、 胚乳各 2
g, 加 80%甲醇研磨 , 4 ℃密封浸提 48h, 其间振荡 5次 , 过滤 , 35 ℃减压浓缩至水相 , 蒸馏水定容
40 mL, 分别稀释为原浓度的 10%、 20%、 30%、 100%, 以蒸馏水为对照 。 25 ℃条件下分别用蒸馏
水和不同浓度浸提液浸泡白菜种子 2 h, 每处理 50粒 , 重复 4次 , 48 h统计萌发率。
1.3　打破休眠试验
浓硫酸处理:将完整果实在 98%浓硫酸中分别处理 0、 5、 15、 30 min, 流水冲洗 24 h, 搓去表
面碳化物质 , 0.1%升汞消毒 5min。赤霉素 (GA3)处理:未经酸蚀和酸蚀 15 min的果实经 0.1%升
汞消毒 5 min后分别浸泡在 0、 200、 400、 600、 800mg· L-1的 GA3溶液中 。低温层积处理:新鲜果实
风干后经 0.1%升汞消毒 5min, 分别进行 4℃低温层积 0、 30、 60、 90d。
每处理 50粒果实 , 重复 4次 。 20℃全光照条件下萌发 45 d, 每 3 d记录萌发数 。果实含种子数
和腐烂种子数在萌发试验结束后统计 , 剥开果实统计未萌发果实中种子数和腐烂种子数 。萌发率
(%) =(正常发芽种子数 /参试种子总数) ×100;萌发势 (%) =(到达高峰时正常发芽种子数 /
参试种子总数) ×100。
数据采用 SPSS12.0进行统计分析 , Sigmaplot10.0作图 。
2　结果与分析
2.1　果实形态特征
猬实果实为瘦果 , 呈不规则三角形 , 表面密被棕黄色刚刺毛 , 顶部具有 1 ～ 2枚宿存萼齿。果实
内通常含有 0 ～ 2粒种子 , 平均含种率 57%;平均千粒质量 (9.88±0.65)g。去除刚毛后果实长轴
(5.788±0.400)mm, 短轴 (4.365 ±0.900)mm, 厚度 (3.3±0.3)mm;种子长轴 (2.5±0.8)
mm, 短轴 (1.9±0.7 )mm, 厚度 (1.2±0.2)mm, 未发育子房室清晰可见 (图 1)。
2.1.1　果皮超微结构　
猬实果皮由外果皮 (c)、中果皮 (d)和内果皮 (e)构成。外果皮由一层厚约 0.02 mm的厚壁
细胞组成 (图 2), 表面具有硬质刚毛 (a);中果皮细胞腔隙大 , 呈蜂窝状 , 厚约 1.5mm;内果皮厚
约 0.12mm, 骨质石细胞排列紧密 , 且细胞高度木质化 , 几乎无间隙 。
2.1.2　种子解剖结构　
猬实种子由种皮 、胚乳 、 胚 (胚轴 、 子叶)等组成;采收时和低温层积 90 d后胚发育完整 , 各
部分大小和结构变化不显著 (图 3)。说明果实采收时胚已发育完全 , 低温层积未改变其形态 , 因此
不存在胚的形态休眠 。
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2.2　果实生理特征
2.2.1　果皮透水性　
从图 4可以看出 , 前 12h完整的和经酸蚀处
理的猬实果实的吸水速率均直线上升 , 分别达到总
吸水量的 43.3%和 58.1%;36h后吸水缓慢 , 72h
达到饱和。完整果实 48h前果皮结构一定程度影
响其吸水速率 , 但 48 h浸种即可克服;酸蚀果实
在达到吸水饱和前比完整的吸水速率稍快 , 但达到
峰值所用时间与完整的基本相同 , 两者最终饱和度
差异不显著 , 排除吸涨障碍引起休眠的可能性。
图 4　猬实果实吸水曲线
Fig.4　WaterabsorptioncurveofKolkwitziaamabilisfruit
2.2.2　猬实果皮 、 胚乳浸提液抑制物质检测　
8表 1显示 , 不同浓度猬实果皮浸提液对白菜种子萌发率 、 萌发势无显著影响 , 胚乳浸提液处理
的种子萌发率 、 萌发势与对照差异显著 , 且随浓度升高抑制作用明显增强 , 说明果皮中不存在抑制种
子萌发的物质 , 胚乳中存在抑制物质 。
表 1　猬实果皮和胚乳不同浓度浸提液对白菜种子萌发的影响
Table1　EfectsofextractfromKolkwitziaamabilisfruitspericarpandendospermongerminationofChinesecabbageseeds
浸提液浓度 /%
Concentrationof
extraction
果皮浸提液 Extractionofpericarp
萌发率 /%
Germinationpercentage
萌发势 /%
Germinationpotential
胚乳浸提液Extractionofendosperm
萌发率 /%
Germinationpercentage
萌发势 /%
Germinationpotential
0(对照 Control) 92.00±0.4082a 84.00±0.4082 a 92.00±1.3333a 84.00±1.3333 a
10 91.50±0.6455a 84.00±0.4082 a 86.67±1.3333b 61.33±1.3333 b
20 91.50±0.4082a 83.75±0.4787 a 73.30±1.3333c 49.33±3.5276 c
30 91.75±0.6291a 83.75±0.2500 a 65.33±1.3333d 44.00±4.6183 c
100 91.25±0.8539a 83.50±0.2886 a 36.00±2.3094e 20.00±2.3094 d
2.3　不同处理对解除猬实种子休眠的影响
2.3.1　浓硫酸处理对果皮结构和解除休眠的影响　
随浓硫酸处理时间延长猬实果皮变薄 , 果实体积不断减小 , 30 min时仅为对照组的一半 (图 5)。
图 5　酸处理对果实体积的影响
Fig.5　EfectsofsulphuricacidtreatmentonthesizeofKolkwitziaamabilisfruit
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　　图 6显示随酸蚀时间增加萌发率上升 , 15 min最佳 , 酸蚀 30min时则下降。 5、 15和 30min处理
最高萌发率分别为 49.5%、 61.5%和 56%, 而对照仅为 11%。酸蚀处理提高萌发率可能与克服果皮
的机械阻力有关 。酸蚀处理 30min的果实有种子腐烂 , 这是由于果皮各部位薄厚不均 , 酸蚀处理时间
过长可能导致对种子的伤害 , 使种子腐烂进而影响萌发 。
2.3.2　赤霉素对解除休眠的影响　
图 7显示赤霉素对未经酸蚀和酸蚀 15 min萌发率的影响。在相同赤霉素浓度条件下酸蚀果实的
萌发率明显高于未酸蚀处理;在 0 ～ 400 mg· L-1范围内随赤霉素浓度升高萌发率明显上升 , 超过 400
mg·L-1时萌发率明显下降。 15min酸蚀与 400mg·L-1赤霉素共同作用时萌发率达到最大值 88.8%,
说明酸蚀和赤霉素处理具有协同效应 , 前者在解除机械休眠的同时促进了生理休眠的破除 , 而后者在
打破生理休眠 、 促进萌发中效果显著 。
2.3.3　低温层积对解除种子休眠的影响　
由图 8可知 , 猬实果实经 30和 60 d低温层
积后萌发率最大可达 58%和 56%, 层积 90 d萌
发率下降到 46%, 但仍显著高于对照 (11%);
对照和低温层积 30、 60和 90 d处理的萌发率达
到最大值的时间分别为 30、 30、 27和 21 d;说明
经低温层积 30d即可打破部分休眠 , 随层积时间
延长 , 种子萌发进程加快 , 但萌发率略有下降 。
3　讨论
3.1　猬实种子休眠的原因及休眠解除技术
图 8　低温层积对猬实种子萌发率的影响
Fig. 8　EffectsofcoldstratificationonKolkwitziaamabilis
seedgerminationpercentage
　　本研究中吸涨试验表明 , 猬实虽有坚硬果皮包被 , 但并不影响最终吸水量 , 故不存在吸涨障碍;
浓硫酸处理果实 15 min后 , 萌发率大幅度提高 , 由对照 11%提高到 61.5%, 证明猬实果皮存在机械
束缚 , 酸蚀处理可以有效解除 , 说明猬实果实的机械束缚是休眠的重要原因。
本试验中通过比较低温层积前后种胚大小 、形态特征 , 发现果实成熟时种胚已分化发育完全 , 排
除了猬实种子胚形态休眠因素 。 400 mg· L-1赤霉素处理能明显提高酸蚀种子萌发率 , 由 61.5%提高
到 88.8%, 表明其种子具有一定程度的生理休眠。在导致种子生理休眠的诸多因素中 , 抑制物质的
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存在被认为是最重要的原因之一 (Bewley＆ Black, 1994), 在休眠种子中广泛存在。试验结果表明 ,
猬实果皮中不存在抑制物质但胚乳中存在 , 胚乳中抑制物质的存在是猬实种子生理休眠的原因之一 。
据报道 , 解除猬实种子休眠通常采用低温层积和温水浸种 (田树霞 , 2004), 猬实果实含种率为
53%, 低温层积 6个月后 , 经 45 ℃温水浸种 48h, 种子萌发率约 33%。本试验结果证实层积确实促
进了猬实休眠的解除 , 低温层积 30d可打破休眠 , 但随层积时间过长萌发率降低 。有报道显示种子
长期沙藏萌发率下降的原因可能是由于不适宜的环境 (低温 、 湿度等)导致二次休眠 (李合生 ,
2002), 也有可能由于猬实种子小 , 所含营养物质经长时间层积消耗过多 , 导致出苗率低 (徐本美
等 , 2006)。确切原因有待进一步研究 。
本试验结果显示 , 在 15 min浓硫酸酸蚀处理猬实果实的基础上用 400mg· L-1赤霉素处理可完全
解除生理休眠 , 将萌发率提高到 88.8%, 并大大加快萌发进程 。低温层积处理表明 , 30 d的低温层
积可有效解除部分休眠 , 使萌发率达到 58%。
3.2　对猬实致濒因素的探讨
自然环境下猬实轻巧且表面密被刚毛的果实易附着于动物身上或随风散播 , 很难迅速被土壤和落
叶紧密覆盖并及时得到水分的补充和适当温度 , 所以自然生境中很少看到实生苗。迁地保护条件下 ,
果实 8月中旬成熟 , 9— 10月可时常在成熟植株下发现仅有两片子叶的幼苗。本研究结果显示 30 d层
积可打破休眠 , 促进萌发 , 该结果可解释上述现象 。迁地保护条件下人工除草 、松土和灌溉等措施可
以满足打破休眠所需要的湿润与温度条件 , 成功进行种子的自然萌发 , 但往往由于很快进入冬季 , 新
建成的幼苗群体大部分因寒冷和干燥而死亡。因此认为猬实的休眠特性恰恰是为了躲避果实成熟后冬
季恶劣的环境条件。但是日益恶化的自然生境与独特的休眠特性严重影响其自然有性更新 , 成为致濒
的主要因素之一 。关于猬实致濒机理还需要进行大量的野外调查和遗传多样性方面的分析研究 。
References
BewleyJD, BlackM.1994.Seeds:Physiologyofdevelopmentandgermination.NewYork:PlenumPress.
EnviromentalProtectionAgency.1987.Chinarareandendangeredplantlist.Vol.1.Beijing:SciencePress.(inChinese)
国家环境保护局.1987.中国珍稀濒危保护植物名录 (第 1册).北京:科学出版社.
InstituteofBotany, TheChineseAcadamyofSciences.1989.Chinarareandendangeredplant.Shanghai:ShanghaiEducationPress.(inChinese)
中国科学院植物研究所.1989.中国珍稀濒危植物.上海:上海教育出版社.
LiHe-sheng.2002.Themodernplantphysiology.Beijing:HigherEducationPres:283-286.(inChinese)
李合生.2002.现代植物生理学.北京:高等教育版社:283-286.
LiZhi-xuan, SuJian-wen, WangMa-li.2004.ProtectedresearchonsparsityflowerKolkwitziaamabilisontheHuashanMountain.ActaBotSin,
24 (11):213-217.(inChinese)
李智选 , 苏建文 , 王马丽.2004.稀有花卉猬实在华山地区种群繁育和分布特征.西北植物学报 , 24 (11):213-217.
ShiXiao-dong, GaoRun-mei, YangPeng.2005.SeedsqualitiescomparisonofKolkwitziaamabilisfromdiferentplace.SeedScientific, (6):
341-342.(inChinese)
石晓东 , 高润梅 , 杨　鹏.2005.猬实不同分布区种子差异比较.种子科技 , (6):341-342.
TianShu-xia.2004.Kolkwitziaamabiliseedgerminationtest.PracticalForestryTechnology, (6): 24.(inChinese)
田树霞.2004.猬实种子发芽试验.林业实用科技 , (6):24.
WangXiao-ping, WangJiu-ling.1998.IsolationandidentificationofinhibitorsubstancefromPrnusbungeana.Seed, (5):19-22.(inChinese)
王小平 , 王九龄.1998.白皮松种子内含物质的提取 、 分离及生物测定.种子 , (5):19-22.
XuBen-mei, SunYun-tao, LiRui-li, GuoChen, TianBao, KongLing-shui.2006.Studiesondormancyandgerminationof“twoyearseeds”.
ScientiaSilvaeSinicae, 44 (1):55-63.(inChinese)
徐本美 , 孙运涛 , 李锐丽 , 郭　琛 , 田　宝 , 孔令水.2006.二年种子休眠与萌发的研究.林业科学 , 44 (1) 55-63.
XuBing-sheng, HuJia-qi, WangHan-jin.1988.FloraofChina.Vol. 12.Beijing:SciencePress.(inChinese)
徐炳声 , 胡嘉琪 , 王汉津.1988.中国植物志.第十二卷.北京:科学出版社.
1510